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詳解C++中普通舊數(shù)據(jù)(POD)的使用

更新時(shí)間：2023年03月03日 14:41:13 作者：洛克希德馬丁

普通舊數(shù)據(jù)就是內(nèi)存中的連續(xù)字節(jié)序列，是能夠被“僅當(dāng)作數(shù)據(jù)”處理的對(duì)象。這篇文章主要帶大家了解一下C++中普通舊數(shù)據(jù)的定義與使用，感興趣的可以了解下

前言

在開發(fā)C++的時(shí)候，使用對(duì)象是繞不開的話題。很多時(shí)候我們關(guān)注點(diǎn)都在對(duì)象的“高級(jí)語(yǔ)義”上，比如“運(yùn)行時(shí)多態(tài)”，用戶自定義的拷貝語(yǔ)義等。想象這樣一種場(chǎng)景，給你一個(gè)含有100個(gè)對(duì)象的數(shù)組讓你拷貝一份副本，正常的操作肯定是調(diào)用100次拷貝構(gòu)造，但是你有沒有想過一種方法，可以像拷貝char型數(shù)組那樣使用內(nèi)存拷貝呢？沒錯(cuò)，這就是我們今天要講的“普通舊數(shù)據(jù)”，簡(jiǎn)稱POD。

一、什么是普通舊數(shù)據(jù)

普通舊數(shù)據(jù)就是內(nèi)存中的連續(xù)字節(jié)序列，是能夠被“僅當(dāng)作數(shù)據(jù)”處理的對(duì)象，程序員無須顧及類布局的復(fù)雜性以及用戶自定義的構(gòu)造、拷貝和移動(dòng)語(yǔ)義。

二、使用步驟

當(dāng)然，不是所有的對(duì)象都滿足作為普通舊數(shù)據(jù)的條件，接下來我們就具體分析下，作為普通舊數(shù)據(jù)需要滿足哪些條件。先舉個(gè)例子：

//普通舊數(shù)據(jù)
    struct SO { };// 是 POD
    struct S1 { int a; };// 是 POD
    struct S2 { int a; S2(int aa) : a(aa) { } };//不是 POD （不是默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)）
    struct S3 { int a; S3(int aa) : a(aa) { } S3() {} };//是 POD （用戶自定義的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)）
    struct S4 { int a; S4(int aa) : a(aa) { } S4() = default; };//是 POD
    struct S5 { virtual void f(); /* ... */ };//不是 POD （含有一個(gè)虛函數(shù)）
    struct S6 : S1 { };// 是 POD
    struct S7 : SO { int b; };// 是 POD
    struct S8 : S1 { int b; };//不 是 POD （數(shù)據(jù)既屬于S1也屬于S8)
    struct S9 : SO, S1 {};// 是 POD

上面的例子幾乎涵蓋了普通舊數(shù)據(jù)能遇到的所有場(chǎng)景。然而我們?nèi)绻氚涯硞€(gè)對(duì)象“僅當(dāng)作數(shù)據(jù)”處理（當(dāng)作POD)，則要求該對(duì)象必須滿足下述條件：

1.不具有復(fù)雜的布局,比如含有虛函數(shù)。

2.不具有非標(biāo)準(zhǔn)（用戶自定義的）拷貝語(yǔ)義。

3.含有一個(gè)最普通的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。

這里的含有一個(gè)最普通的構(gòu)造函數(shù)是指“必要條件”，同時(shí)你也可以自定義一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。

顯然，我們?cè)诙xPOD時(shí)必須非常謹(jǐn)慎，從而確保在不破壞任何語(yǔ)言規(guī)則的前提下使用這些優(yōu)化措施。正式的規(guī)定是(§iso.3.9,§iso.9):POD必須是屬于下列類型的對(duì)象：

1.標(biāo)準(zhǔn)布局類型(standard layout type)

2.平凡可拷貝類型(trivially copyable type)

3.具有平凡默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)的類型

一個(gè)與之有關(guān)的概念是平凡類型(trivial type)，它具有以下屬性：

1.一個(gè)平凡默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)

2.平凡拷貝和移動(dòng)操作

通俗地說，當(dāng)一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)無須執(zhí)行任何實(shí)際操作時(shí)（如果需要定義一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，使用＝default,保持默認(rèn)行為），那么他就是平凡構(gòu)造函數(shù)。

那么，什么樣的布局是標(biāo)準(zhǔn)布局呢？考慮以下幾種情形不滿足標(biāo)準(zhǔn)布局的要求：

1.含有一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)布局的非static成員或基類；

2.包含virtual函數(shù)

3.包含virtual基類

4.含有引用類型

5.其中的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員有多種訪問修飾符

6.阻止了重要的布局優(yōu)化：在多個(gè)基類中都含有非static數(shù)據(jù)成員，或者在派生類和基類中都含有非static數(shù)據(jù)成員，或者基類類型與第一個(gè)非static數(shù)據(jù)成員的類型相同。

基本上，標(biāo)準(zhǔn)布局類型是指與C語(yǔ)言的布局兼容的類型，并且應(yīng)該能被常規(guī)的C++應(yīng)用程序二進(jìn)制接口(ABI)處理。

除非在類型內(nèi)部含有非平凡的拷貝操作、移動(dòng)操作或者析構(gòu)函數(shù)，否則該類型就是平凡可拷貝的類型。通俗地說，如果一個(gè)拷貝操作能被實(shí)現(xiàn)成逐位拷貝的形式，則它是平凡的。那么，哪些情形下讓拷貝、移動(dòng)和析構(gòu)函數(shù)變得不平凡呢？

1.這些操作是用戶定義的。

2.這些操作所屬的類含有virtual函數(shù)。

3.這些操作所屬的類含有virtual基類。

4.這些操作所屬的類含有非平凡的基類或者成員。

內(nèi)置類型的變量都是平凡可拷貝的，且擁有標(biāo)準(zhǔn)布局。同樣，由平凡可拷貝對(duì)象組成的數(shù)組是平凡可拷貝的，由標(biāo)準(zhǔn)布局對(duì)象組成的數(shù)組擁有標(biāo)準(zhǔn)布局。

三、其他方法

說了那么多概念，感覺人都瘋了，想要記住這些概念真的是不容易。好在C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)幫我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)類型屬性謂詞is_pod。有了這個(gè)東西，我還記那些繁瑣的規(guī)則干什么呢？下面是使用方法，特別簡(jiǎn)單。

std::is_pod<T> //T 是POD嗎，是或不是

std::cout << std::is_pod<int>::value << std::endl; //value is bool

//示例
template<typename T>
void my_copy(T *to, const T *from, int count) {
    if (is_pod<T>::value)
        memcpy(to, from, count*sizeof(T));
    else
        for (int i = 0; i < count; ++i) {
            to[i] = from[i];
        }
}